KR20130030168A - 사용자 입력 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자 입력 감지 장치에 관한 것으로, 전극 패드에 대응하는 터치 셀을 구동시켜 발생하는 전압 변화의 차이에 기초하여 터치 검출값을 출력하고, 상기 출력된 터치 검출값을 이용하여 터치 면적과 터치 좌표를 순차적으로 산출한다.

Description

사용자 입력 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 {DEVICE FOR SENSING USER INPUT AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 사용자 입력 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 터치 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

터치 패널은 영상 표시 장치에 의해 표시된 내용에 기초하여 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 터치하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력 장치이다.

이를 위하여 터치 패널은 영상 표시 장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 직접 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.　 이에 따라 접촉 위치에서 선택된 지시 내용이 입력 신호로 받아들여진다.

이와 같은 터치 패널은 키보드 및 마우스와 같은 입력 장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용 범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.

터치 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다.　 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.

여기서 접촉면에서의 접촉 위치를 판단하기 위하여 감지 패턴은 제1 방향을 따라 연결되도록 형성된 제1 감지 패턴(X 패턴)과 제2 방향을 따라 연결되도록 형성된 제2 감지 패턴(Y 패턴)을 포함하여 이루어진다.

도 1은 종래의 터치 패널의 분해 평면도이다.

종래의 터치 패널(10)은 투명 기판(11), 투명 기판(11) 위에 차례로 형성된 제1 감지 패턴(12), 제1 절연막(13), 제2 감지 패턴(14), 금속 패턴(15) 및 제2 절연막(16)을 포함한다.

제1 감지 패턴(12)은 투명 기판(11)의 일면 위에 제1 방향을 따라 연결되도록 형성된다. 예를 들면, 제1 감지 패턴(12)은 투명 기판(11) 위에 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다.

이와 같은 제1 감지 패턴(12)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제1 감지 패턴(12)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 X 패턴으로 이루어질 수 있다.

제1 감지 패턴(12)은 열 단위로 금속 패턴(15)과 전기적으로 연결될 수 있도록 패드(12a)를 구비한다.　 제1 감지 패턴(12)의 패드(12a)는 열 단위로 형성될 수 있다.

제2 감지 패턴(14)은 제1 절연막(13) 위에 제2 방향을 따라 연결되도록 형성되며, 제1 감지 패턴(12)과 중첩되지 않도록 제1 감지 패턴(12)과 교호로 배치된다.　 예를 들면, 제2 감지 패턴(14)은 제1 감지 패턴(12)과 동일한 다이아몬드 패턴으로 형성될 수 있으며, Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제2 감지 패턴(14)끼리 서로 연결된다.

제2 감지 패턴(14)은 행 단위로 금속 패턴(15)과 전기적으로 연결될 수 있도록 패드(14a)를 구비한다.　 제2 감지 패턴(14)의 패드(14a)는 행 단위로 형성될 수 있다.

한편 제1 및 제2 감지 패턴(12, 14)은 인듐-틴 옥사이드(이하, ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어지고, 제1 절연막(13)은 투명한 절연 물질로 이루어진다.

단위의 감지 패턴(12, 14)은 각각 위치 검출 라인(도시하지 않음)과 전기적으로 연결되어 구동 회로(도시하지 않음) 등으로 접촉 위치 신호를 공급한다.

도 1에 도시된 터치 패널(10)에 손 또는 물체가 접촉되면 제1 및 제2 감지 패턴(12, 14), 금속 패턴(15) 및 위치 검출 라인을 경유하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다.　 그리고 X 및 Y 입력 처리 회로(도시하지 않음) 등에 의하여 정전 용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 종래의 터치 패널(10)은 X 및 Y에 대한 각각의 레이어에 ITO 패턴을 구비하여야 하고, X 레이어와 Y 레이어 사이에 절연층을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.　 더불어 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 한다.　 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 필요하다.

또한 터치 전후의 전기적 신호의 차이가 극히 미세하므로 배선 저항의 영향을 받으며 이 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 패턴(15)과 같은 금속 배선을 필요로 한다.　 이러한 금속 패턴(15)을 형성하기 위해 추가의 마스크 공정이 필요하다.

또한 종래의 터치 패널(10)의 터치 검출은 저항 값에 크게 의존하며 노이즈에 민감하기 때문에 터치 검출 감도를 증가시키는 데 많은 어려움이 존재한다.　

더욱이 종래의 터치 패널(10)은 복잡한 연산을 통해 수차례 축적된 정전용량의 미세한 변화를 이용하여 터치를 검출하므로 정확한 터치 면적을 산출할 수 없었다. 따라서, 사용자는 상기 터치 면적을 사용자 입력의 하나의 수단으로 이용하는 것이 현실적으로 불가능하였다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치 감지 장치의 정확한 터치 면적 및 터치 좌표를 산출하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 사용자 입력 감지 장치는, 균일한 면적으로 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 전극 패드; 상기 복수의 전극 패드와 전기적으로 연결된 스위치와 제1 축전기를 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 전극 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 제1 축전기에 인가된 전압신호에 응답하는 전압을 출력하는 구동부; 상기 출력된 전압과 기준 셀의 전압의 차 전압을 입력받아 터치 검출값을 출력하는 검출부; 및 상기 터치 검출값을 이용하여 터치 면적을 산출하고, 상기 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 검출부는 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기의 포화 전압은 상기 전극 패드의 면적이 전부 터치 되었을 때의 차 전압보다 크거나 같을 수 있다.

상기 증폭기는 차동 증폭기일 수 있다.

또한, 상기 검출부는 상기 증폭된 차전압을 디지털 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 증폭기는 상기 포화 전압보다 작은 입력에 대해 실질적으로 선형 증폭을 수행할 수 있다.

또한, 상기 신호 처리부는 상기 매트릭스상의 전극 패드의 위치와 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 분포에 기초하여 터치 좌표를 산출할 수 있다.

여기서, 상기 신호 처리부는 상기 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 중심점을 이용하여 터치 좌표를 산출할 수 있다.

본 발명의 제2측면에 따른 사용자 입력 감지 장치에 이용되는 집적 회로(IC)는, 균일한 면적으로 매트릭스 형태로 배치된 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 스위치와 제1 축전기를 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 전극 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 제1 축전기에 인가된 전압신호에 응답하는 전압 변화를 출력하는 구동부; 상기 출력된 전압과 기준 셀의 전압의 차 전압을 입력받아 터치 검출값을 출력하는 검출부; 및 상기 터치 검출값을 이용하여 터치 면적을 산출하고, 상기 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 검출부는 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기의 포화 전압은 상기 전극 패드의 면적이 전부 터치 되었을 때의 차 전압보다 크거나 같을 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 터치의 해상도와 정확도를 높일 수 있으며, 터치 면적을 산출할 수 있다.

도 1은 종래의 터치 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀 및 검출부의 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 검출부의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀과 기준 셀의 전압 차를 터치 용량의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 감지 장치에서 터치 셀과 메모리의 대응 관계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 접촉 면적 및 접촉 위치의 산출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 접촉 면적 및 접촉 위치의 산출하는 방법을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 17은 사용자의 터치 동작을 설명하는 개략도이다.
도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자 장치에서 접촉 면적에 따른 동작 수행 시의 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자 장치에서 접촉 면적의 변화에 따른 동작 수행 시의 흐름도다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 감지 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록도이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 터치 감지 장치는 터치 패널과 구동 장치를 포함한다.

터치 패널은 투명 소재의 유리 또는 플라스틱 필름 등의 기판(100) 위에 형성되어 있는 복수의 전극 패드(110)와 이에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(120)을 포함한다.

복수의 전극 패드(110)는 예를 들어 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 전극 패드(110)는 균일한 형태의 다각형 형태로 구현될 수 있다. 전극 패드(110)는 실질적으로 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

각각의 신호 배선(120)은 한 쪽 끝이 전극 패드(110)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(100)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 신호 배선(120)의 선폭은 수~수십 마이크로 미터 수준으로 상당히 좁게 설계될 수 있다.

전극 패드(110)와 신호 배선(120)은 ITO(indium-tin-oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.

전극 패드(110)와 신호 배선(120)은, 예를 들어 ITO막을 기판(100) 위에 스퍼터링 등의 방법으로 적층한 다음 포토리소그래피 등의 에칭 방법을 사용하여 패터닝함으로써 동시에 형성할 수 있다.

전극 패드(110)와 신호 배선(120)은 투명한 절연막(도시하지 않음)으로 덮일 수 있다.

터치 패널을 구동하기 위한 구동 장치는 기판(100)의 일부에 직접 실장되거나, 인쇄 회로 기판이나 가요성 회로 필름과 같은 회로 기판(200) 위에 형성될 수 있다. 상기 구동 장치는 구동부(210), 검출부(220), 신호 처리부(230), 메모리(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현이 가능하다.

구동부(210)는 신호 배선(120)과 연결되어 있으며, 신호 처리부(230)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출의 판단 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 구동부(210)는 전극 패드(110)과 연결된 다수의 스위치와 축전기를 포함할 수 있다.

검출부(220)는 구동부(210)와 연결되어 있으며, 구동부(210)로부터 받은 전극 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(240)에 기억시킨다. 검출부(220)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.

신호 처리부(230)는 구동부(210)를 제어하는 신호를 인가하거나, 메모리(240)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 필요한 정보를 생성한다. 신호 처리부(230)는 아날로그 신호 처리부와 디지털 신호 처리부로 분리되어 구현될 수 있다. 여기서 아날로그 신호처리부는 구동부(210)을 제어하며, 디지털 신호 처리부는 검출부(220)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초하여 터치 면적 및 터치 좌표를 산출할 수 있다. 신호 처리부(230)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)를 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.

메모리(240)는 터치 검출, 면적 산출, 터치 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 신호 처리부(230)의 명령에 따라 저장한다.

전술한 바와 같이, 구동부(210), 검출부(220), 신호 처리부(230), 메모리(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참고하여 도 2에 도시한 터치 패널 및 구동부의 구체적인 실시예 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀의 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀의 파형도이다.

도 3을 참고하면, 구동부(210)는 스위칭 동작을 하는 복수의 트랜지스터(Q) 및 복수의 제1 축전기(C1)를 포함하며, 복수의 패드 축전기(Cp)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 트랜지스터(Q), 제1 축전기(C1) 및 패드 축전기(Cp)는 전극 패드(110) 및 신호 배선(120) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있으며, 앞으로 전극 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(Q), 제1 축전기(C1) 및 패드 축전기(Cp)를 합하여 "터치 셀"이라 한다. 상기 터치 셀은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다.

트랜지스터(Q)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터로서, 게이트에는 제어 전압(Vc)이 인가되고, 소스(또는 드레인)에는 데이터 전압(Vd)이 인가될 수 있으며, 드레인(또는 소스)은 신호 배선(120)에 연결될 수 있다. 제어 전압(Vc)과 데이터 전압(Vd)은 신호 처리부(230)의 제어에 의해 인가될 수 있다. 여기에서 트랜지스터(Q) 대신 스위칭을 할 수 있는 다른 소자가 사용되어도 무방하다.

제1 축전기(C1)는 트랜지스터(Q)의 게이트와 드레인 사이에 형성될 수 있으며, 필요한 용량 확보를 위하여 설계자가 트랜지스터(Q)와 분리하여 별도로 형성할 수도 있다. 제1 축전기(C1)에 인가되는 전압 신호는 트랜지스터(Q)의 게이트에 인가되는 전압 신호와 동일한 신호가 될 수도 있지만, 트랜지스터(Q)와 별도로 제1 축전기(C1)가 형성된다면 별도의 전압 신호가 인가될 수도 있다. 제1 축전기(C1)에 인가되는 전압 신호는 바람직하게는 구형파 신호이다.

패드 축전기(Cp)는 전극 패드(110) 또는 신호 배선(120) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 패드 축전기(Cp)는 구동부(210), 터치패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다. 도 3에서 도면 부호 Ct는 사용자가 전극 패드(110)를 터치할 경우에 전극 패드(110)와 사용자의 손가락 사이에 형성되는 용량을 나타낸 것이다.

한편, 사용자가 터치할 수 없는 위치에 배치되거나, 항상 터치되지 않는 전기적 특성을 갖는 셀을 배치할 수 있는데, 앞으로 이를 "기준 셀"이라 한다. "기준 셀"은 물리적으로 존재할 수도 있지만, 데이터 값만 갖는 가상의 셀이 될 수도 있다.

도 4를 참고하면, 신호 처리부(230)는 데이터 전압(Vd)과 제어 전압(Vc)을 각각 트랜지스터(Q)의 소스와 게이트에 인가할 수 있다.

데이터 전압(Vd)이 상승한 후에, 게이트에 인가되는 제어 전압(Vc)이 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 올라가면 트랜지스터(Q)가 턴온된다. 이에 따라 전극 패드는 데이터 전압(Vd)로 충전되며, 출력 전압(Vo)은 데이터 전압(Vd)이 될 것이다.

다음, 제어 전압(Vc)이 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 내려가면 트랜지스터(Q)가 턴 오프되면서, 전극 패드(110)는 플로팅(floating) 상태가 된다. 이때, 제1 축전기(C1)에 인가된 구형파의 레벨 강하에 의하여 전극 패드(110)의 출력 전압(Vo)은 전압 레벨이 순간적으로 강하되는 현상이 발생한다. 이러한 전압 강하 현상은 "킥 백(kick-back)"이라고 불리기도 한다.

터치 셀에 터치가 없을 경우나 기준 셀의 경우(Case 1), 즉 전극 패드(110)에 연결된 축전기가 제1 축전기(C1)와 패드 축전기(Cp)밖에 없는 경우에는 이들 축전기(C1, Cp)에 의한 출력 전압(Vo)의 전압 강하(V1)는,

로 주어진다. 여기에서 편의상 축전기와 그 용량의 도면 부호는 동일하게 사용한다.

수학식 1은 전압 강하 전, 후에 총 전하량을 구하는 수식들로부터 용이하게 도출된다.

그러나 도 3에 도시한 것처럼, 사용자가 전극 패드(110)를 터치하고 있는 경우(Case 2), 전극 패드(110)와 사용자의 손가락이나 접촉 수단 사이에 축전기(Ct)가 형성되며, 이에 따라 전극 패드(110)에 연결된 축전기는 제1 축전기(C1)와 패드 축전기(Cp) 외에도 터치 축전기(Ct)가 더해진다. 이들 세 축전기(C1, Cp, Ct)에 의한 전극 패드(110)의 전압 강하(V2)는 다음 [수학식 2]와 같아진다.

결국, 터치가 있는 경우(Case 2)의 전압 강하(V2)는 터치가 없는 경우(Case 1)의 전압 강하(V1)에 비하여 작아진다. 전압 강하(V2)와 전압 강하 (V1)의 차이는 터치 용량(Ct)에 따라 달라진다.

일반적으로 축전기의 정전 용량(C)은 전극의 면적(A)에 비례하고 전극 사이의 거리(d)에 비례하므로, 즉 C=εA/d (ε은 유전 상수)이다. 따라서, 터치 면적이 커질수록 터치 용량(Ct)이 커진다. 이와 같은 관계를 이용하여, 터치 전후의 전극 패드(110)의 전압 강하의 차이를 이용하여 터치 면적을 산출할 수 있다. 터치 면적 산출에 관한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(Q)가 턴 오프 되었을 때 제1 축전기(C1)에 인가되는 제어 전압(Vc)의 변동이 발생하면, 출력 전압(Vo)의 전압 변화가 발생한다. 본 발명의 실시예에서는 터치 전후의 출력 전압(Vo)의 변동 값의 차이(즉, 전압 강하 (V2)와 전압 강하(V1)의 차이)로부터 터치를 검출할 수 있다.

한편, 도시되지 않았지만 트랜지스터(Q)가 턴 오프 되어 플로팅 상태가 되었을 때, 제1 축전기(C1)에 인가되는 전압이 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 상승할 때에는, 출력 전압 레벨이 상승하는 현상이 발생한다. 이 경우 터치가 있는 경우(Case 2)의 전체 정전 용량이 터치가 없는 경우(Case 1)의 전체 정전 용량에 비하여 크기 때문에 전압 상승이 적게 발생될 것이다 (수학식 1및 2 참조). 따라서, 플로팅 상태에서 제1 축전기(C1)에 인가되는 전압이 상승하는 순간에도 앞서 설명한 실시예와 동일한 원리로 터치를 검출할 수 있다. 전압 상승/하강 시점 중 어느 시점을 터치 검출에 사용할 것인지는 설계자가 선택 가능하다.

이하, 편의상 플로팅 상태에서 제1 축전기(C1)에 인가되는 전압이 VH로부터 VL로 하강하는 순간에 터치를 검출하는 구성을 위주로 설명한다.

다음 도 5 내지 도 7을 참고하여 도 2에 도시한 검출부의 구체적인 예 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 셀 및 검출부의 개략적인 블록도이다.

도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 검출부는 증폭기(222) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)를 포함할 수 있다.

증폭기(222)의 두 입력은 터치 셀(250)의 출력 전압(Vo)과 기준 셀(260)의 출력 전압(Vr)일 수 있으며, 증폭기(222)는 두 출력 전압(Vo, Vr)의 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기일 수 있다. 도 5에서 Va는 증폭기(222)의 출력 전압을 나타내며, VaD는 증폭기(222)의 출력 전압을 디지털화한 것을 나타낸다.

여기에서 터치 셀(250)은 도 3에 도시한 전극 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(Q), 제1 축전기(C1) 및 패드 축전기(Cp)를 포함하고, 터치가 있는 경우에는 터치 축전기(Ct)를 더 포함하는 통상의 터치 셀을 의미하고, 기준 셀(260)은 앞서 언급한 것처럼 사용자의 터치가 발생하지 않아 터치 축전기(Ct)를 포함하지 않는 터치 셀을 의미한다.

터치 셀(250)의 출력 전압(Vo)과 기준 셀(260)의 출력 전압(Vr)의 전압 차이(ΔV = Vo - Vr)는 제어 전압(Vc)이 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 떨어질 때의 전압 차이를 의미한다.

제어 전압(Vc)이 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 떨어지는 시점에서의 터치 셀(Vo)과 기준 셀(Vr)의 전압 차이(ΔV)는 이하의 수학식 3과 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 증폭기의 출력을 도시한 그래프도이다.

증폭기(222)가 차동 증폭기인 경우 차 전압(ΔV)은 선형적으로 증폭되다가, 특정값 이상에서는 포화되어 일정한 값을 출력하게 된다.

도 6을 참고하면, 증폭기(222)의 출력 전압(Va)은 차 전압(ΔV)이 포화 전압(ΔVs) 이상인 경우에는 Vas이고, 이보다 작은 경우에는 차 전압(ΔV)에 비례하는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 차 전압(ΔV)이 0이면 출력 전압(Va)도 0, 차 전압(ΔV)이 ΔV1이면 출력 전압(Va)은 Va1, 차 전압(ΔV)이 ΔV2이면 출력 전압(Va)은 Va2, 차 전압(ΔV)이 ΔV3이면 출력 전압(Va)은 Va3일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패드(110)가 충분히 작은 사이즈이며, 터치 발생시 손가락에 의해 전극 패드(110)이 전부 덮이는 경우에는 차 전압(ΔV)은 최대값을 가지며, 더 이상 증가하지 않게 된다.

따라서, 포화 전압 (ΔVs)이 차 전압(ΔV)의 최대값보다 크거나 같게 증폭기(222)를 설계함에 의해 증폭기에 선형성을 부여할 수 있다. 상기 선형성은 정확한 터치 면적의 산출에 이용될 수 있다.

증폭기(222)의 출력 전압(Va)은 ADC(224)로 입력되며, ADC(224)는 입력된 아날로그 전압(Va)을 디지털 신호(VaD)로 바꾸어 출력할 수 있다.

예를 들어, ADC(224)는 증폭기(222)의 출력 전압(Va)을 4 개의 구간으로 나누고 각 구간에 대하여 크기 순서대로 2 비트의 디지털 값을 부여할 수 있다. 도 7을 참고하면, 증폭기(222) 출력 전압(Va)이 약 0 ~ Va1인 경우에는 00, Va1 ~ Va2 인 경우에는 01, Va2 ~ Va3 인 경우에는 10, 그리고 Va3 이상인 경우에는 11의 디지털 값을 부여할 수 있다.

그러나 디지털 값을 2 비트로 한다는 것은 하나의 예일 뿐 4 비트, 8 비트, 10 비트 등 다른 예로 가능하다

도 7은 본 발명의 일 실시예에서 차 전압과 터치 용량과의 관계를 도시한 그래프도 이다.

[수학식 3]을 터치 용량(Ct)을 차 전압(ΔV)의 함수로 다시 정리하면 이하와 같다.

(여기서, K1=C1(VH-VL), K2=C1+Cp,

따라서, K1 및 K2는 상수이며, 0보다 크다)

도 7에 도시한 것처럼 차 전압(ΔV)이 0일 때 터치 용량(Ct)은 0이고 차 전압(ΔV )이 증가할수록 터치 용량(Ct)은 증가한다.

여기서, 터치 용량(Ct)은 터치 면적(A)에 비례하고 터치 수단과 전극 패드(110) 사이의 거리(d)에 반비례하므로, 즉 Ct=εA/d (ε은 유전 상수)이므로, 거리(d)가 일정한 경우 터치 면적(A)과 터치 용량(Ct)은 선형 비례 관계이다.

결국 차 전압(ΔV )이 클수록 터치 면적(A)도 큰 것을 이해할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 전극 패드(110)의 전체 면적이 손가락 등의 터치에 의해 완전히 덮인 경우에는 차 전압(ΔV)은 최대값이 되며, 터치 면적(A)도 최대값이 된다. 왜냐하면, 터치 면적(A)는 전극 패드(110)의 면적보다 클 수 없기 때문이다.

결국, 도 7의 그래프는 차 전압(ΔV)은 0에서 최대값 (ΔV_max) 사이의 구간에서 유효하며, 이러한 특성을 이용하여 차 전압(ΔV)과 터치 면적(A)과의 선형성을 부여할 수 있다.

예를 들어, 상기 유효 구간에서 선형 함수를 생성하고 각각의 차 전압(ΔV)에 대해 상기 생성된 선형 함수의 출력 값을 매칭시킬 수 있다.

또 다른 방법으로는, 각각의 차 전압(ΔV)의 출력에 미리 정해진 가중치를 부여하여 보정함으로써, 차 전압(ΔV)과 터치 면적(A) 사이에 선형성을 부여할 수 있다.

또는 감마보정과 같이, 차 전압(ΔV)과 터치 면적(A)의 역함수를 이용하여 선형성을 부여할 수 있다.

이러한, 선형성 부여를 위한 보정은 아날로그-디지털 변환 후 또는 변환과 동시에 처리하면 처리해야 할 샘플 개수가 제한되므로 연산량을 감소 시킬 수 있다.

또는, 차 전압과(ΔV)과의 터치 면적(A)의 관계가 완벽한 선형 비례가 아니더라도 기울기가 충분히 완만하여 면적 산출에 충분한 정확도를 제공하는 경우, 실질적으로 선형 비례하는 것으로 취급하고, 특별한 보정 처리 없이 차 전압(ΔV)을 터치 면적(A) 산출에 이용할 수 있다.

도 6과 관련된 실시예에서 설명한 바와 같이, 증폭기(222)에 의해 차 전압(ΔV)과 증폭값(Va) 역시 선형성을 가지므로, 차 전압(ΔV)의 증폭값(Va) 역시 터치 면적(A)과 선형성을 갖는다. 당연히 증폭값(Va)의 디지털화된 값(VaD)도 터치 면적 (A)와 선형성을 갖는다.

이상 설명한 다양한 실시예에 의해 정의된 차 전압(ΔV), 그의 증폭값(Va 또는 VaD)과 터치 면적(A)의 관계를 "실질적 선형 비례"라고 칭한다. 이러한 "실질적 선형 비례" 관계를 이용하면 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는 매우 정확한 터치 면적과 좌표를 검출할 수 있다.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 감지 장치에서 터치 셀과 메모리의 대응 관계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2에 도시한 메모리(240)는 예를 들어 터치 셀(250)[엄밀하게 말하면 전극 패드(110)라고 해야 하나 설명의 편의상 터치 셀(250)로 사용함]에 대응하는 주소를 가지는 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있으며, 각 메모리 셀은 증폭기(222)와 ADC(224)를 통하여 증폭 및 디지털화된 차 전압(VaD)을 기억할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 증폭되고 디지털화된 차 전압(VaD)는 전극 패드(110)에 대한 터치 면적과 실질적으로 선형 비례한다. 따라서, 증폭 및 디지털화된 차 전압(VaD)을 터치된 디지털 면적 값과 동일하게 취급하도록 한다.

앞으로 본 명세서에, 증폭 및 디지털화된 차 전압(VaD)는 터치 검출과 관련된 값이므로 편의상 "터치 검출값(VaD)"이라고 칭한다. 터치 검출값(VaD)은 2bit로 디지털화되었을 때, 00, 01, 10, 11의 4개의 값을 가질 수 있다. 여기서, 00은 터치가 되지 않은 것을 의미하며, 11은 전극 패드 전체가 터치되어 덮인 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 터치 검출값(VaD)의 크기는 하나의 전극 패드에 대한 터치 면적의 크기와 대응한다.

도 8에는 C1 내지 C16의 터치 셀과 M1 내지 M16의 메모리 셀이 도시되어 있으며, M1 내지 M16은 각각 C1 내지 C16에 대응한다. 터치 셀(C6, C7, C10, C11, C14, C15)에 터치가 발생하고, C6은 전체 면적의 약 2/5, C7은 약 3/5, C10 및 C11은 전체, C14 및 C15는 약 1/10 이하가 손가락과 접촉했다고 하자.

그러면 터치가 없거나 거의 없는 터치 셀(C1~C5, C8, C9, C12~C16)에 대응하는 메모리 셀(C1~C5, C8, C9, C12~C16)에는 00이 기억되고, M6에는 01, M7에는 10, M10 및 M11에는 11이 기억될 수 있다.

신호 처리부(230)는 메모리(240)로부터 이러한 터치 셀(C1~C16)의 디지털 면적값들을 읽어 와서 접촉 면적과 접촉 위치를 판단할 수 있다. 이에 대하여 도 9 내지 도 13을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 면적 및 터치 좌표를 산출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 터치 감지 장치는 먼저, 각각의 터치 셀의 터치 검출값(VaD)을 측정한다(S10). 터치 검출값(VaD)의 측정을 위하여 각각의 전극 패드(110)가 미리 정해진 주파수와 순서로 스캔된다. 터치 검출값(VaD)이 0이 아닌 터치 셀은 터치가 발생한 것으로 판단되고, 터치 검출값(VaD)은 메모리(240)에 각각의 터치 셀에 대응되어 기록된다..

다음으로, 터치 검출값(VaD)이 0이 아닌 인접 터치 셀로 이루어진 터치 셀 그룹을 추출해낸다(S20). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 패드(110)는 각각 고립된 매트릭스 형태로 구현되기 때문에 멀티 터치 감지 기능을 제공한다. 따라서, 멀티 터치가 발생했을 경우, 각각의 터치 면적과 좌표를 산출하기 위하여 터치가 발생한 터치 셀을 그룹핑하는 단계가 필요하다.

이어 터치 셀 그룹의 터치 검출값(VaD)을 기초로 하여, 터치 영역의 면적을 산출한다(S30). 전술한 바와 같이, 터치 검출값(VaD)과 터치 면적은 상호 비례하기 때문에 터치 셀 그룹 내의 터치 검출값(VaD)을 합산함으로써 터치 면적을 산출할 수 있다.

다음, 산출된 터치 영역의 면적으로부터 터치 영역의 좌표를 산출한다(S40). 본 발명의 일 실시예에서 따른 터치 패널은 전극 패드(110)가 크기가 균일한 다각형의 형태를 가지며, 촘촘하게 매트릭스 형태로 배치된다. 따라서, 전극 패드(110) 각각의 미리 정해진 면적과 주소를 가진 상태에서 영상 표시장치를 덮게 된다. 따라서, 전극 패드(110)의 점유 면적은 영상 표시 장치의 좌표와 매칭될 수 있다.

단계(S30)에서 산출된 터치 면적으로부터 각각의 전극 패드에 대해 터치 점유 면적에 관한 정보가 산출되면, 전극 패드 매트릭스의 X축과 Y축의 터치 면적 분포를 구할 수 있다. 상기 면적 분포에 기초하여 X축 및 Y축의 면적 중심점을 구하면 전체 터치 면적의 중심점에 대응하는 터치 좌표의 산출이 가능하다.

이러한 터치 패널의 구조와 상기 산출된 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 매우 정확하게 산출할 수 있다.

이상 도 9에 도시된 처리는 터치 감지 장치의 내, 외부에 배치된 신호 처리부에서 수행될 수 있다.

도 10 내지 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 접촉 면적 및 접촉 위치의 산출하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 8의 접촉 위치를 영역으로 표시하면 도 10의 빗금친 영역이 된다. 이때 00이 아닌 디지털 면적값을 가지는 인접한 4 개의 터치 셀로 이루어진 그룹, 예를 들면 2×2 셀을 잡고, 이 그룹에 속하는 터치 셀의 디지털 면적값, 즉 01, 10, 11, 11을 합한 것을 이산화된 터치 면적으로 간주할 수 있다.

상기 면적값은 터치 검출값(VaD)과 터치 면적이 실질적으로 선형 비례 관계에 있기 때문에 산출 가능하다.

여기서 2×2 셀 그룹을 예로 들어 설명하였지만, 전극 패드의 크기와 터치 면적의 크기에 따라 더 많거나 적은 셀로 이루어진 그룹이 선택될 수 있다. 터치 셀의 값을 디지털화된 터치 검출값(VaD)를 2비트로 표시하는 경우에는 하나의 셀에 대해서 총 4개의 면적값을 얻을 수 있으며, 2×2 셀 그룹에서 16개의 면적값을 얻을 수 있다.

디지털화된 전압 변화값의 차이를 더 높은 bit로 디지털화하면, 산출되는 면적값은 더욱 정확해질 수 있으며, 0이 아닌 디지털 면적값을 가지는 인접한 터치 셀 그룹의 사이즈는 더 커질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 터치좌표를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.

도 11을 참고하면, 도 10에 도시한 터치 영역의 중심 위치는 X로 표시한 지점이 될 수 있다. 2×2 터치 셀 그룹에 대해서 좌상, 우상, 좌하, 우하의 터치 셀의 디지털 면적값, 즉 01, 10, 11, 11을 연이어 기재한 값인 01101111을 접촉 위치를 나타내는 값으로 정하고, 이 값과 이에 대응하는 중심 위치(X)의 좌표를 룩업 테이블의 형태로 만들어 내부 또는 외부 메모리에 기억해 둘 수 있다.

또는, 터치가 발생한 터치 셀 그룹이 결정되면, 터치 셀의 좌표와 터치 셀의 디지털 면적값의 상호 대응 관계에 기초하여 실시간으로 터치 좌표를 산출할 수도 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 터치좌표를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.

도 12를 참고하면, 2×2 행렬의 형태인 터치 셀 그룹의 각 행 X축과 각 열 Y축에 대해서 터치 셀의 디지털 면적값을 합하고 이를 그래프로 나타낸다. 예를 들어 도 12에는 아래쪽과 오른쪽에 각각 그래프가 도시되어 있다.

아래쪽 그래프에서, 제1열에 대응하는 디지털 면적값의 합은 01+11이며, 마찬가지로, 제2열에 대응하는 디지털 면적값의 합인 10+11이다. 이어 이 그래프에서 X 축으로 적분한 값(즉,가로축 사이에 놓인 영역의 면적)을 이등분하는 X 좌표를 찾는다.

예를 들어 터치 셀의 너비가 1이고 블록의 왼쪽 경계를 0이라고 한다면, 가로축이 0~1인 범위에서는 높이가 십진법으로 4(=01+11)이고 가로축과 평행한 직선이 그려질 것이고, 가로축이 1~2인 범위에서는 높이가 십진법으로 5(=10+11)이고 가로축과 평행한 직선이 그려질 것이다. 가로축과 이들 직선 사이의 영역은 도 12에서처럼 계단형 도형이 될 것이고, 이 도형의 면적은 9(=4+5)이다. 이 도형의 면적을 이등분하는 세로선의 가로 좌표를 (1+x)로 놓으면 (4+5x)=5(1-x)이어야 하므로 x=0.1이 된다. 따라서 세로선의 가로 좌표는 1.1이 된다.

이와 마찬가지로 오른쪽 그래프에서 제1행에 대한 디지털 면적값은 01+10이며, 제2행에 대한 디지털 면적값의 합인 11+11이 된다. 이 경우에도 역시, Y 축으로 적분한 값(즉,세로축 사이에 놓인 영역의 면적)을 이등분하는 Y 좌표를 찾는다.

예를 들어 터치 셀의 높이가 1이고 블록의 위쪽 경계를 0이라고 하며, 아래 쪽으로 갈수록 좌표 값이 커진다고 하면, 세로축이 0~1인 범위에서는 높이가 십진법으로 3(=01+10)이고 세로축과 평행한 직선이 그려질 것이고, 세로축이 1~2인 범위에서는 높이가 십진법으로 6(=11+11)이고 세로축과 평행한 직선이 그려질 것이다. 세로축과 이들 직선 사이의 영역은 도 12에서처럼 계단형 도형이 될 것이고, 이 도형의 면적은 9(=3+6)이다. 이 도형의 면적을 이등분하는 가로선의 세로 좌표를 (1+x)로 놓으면 (3+6x)=6(1-x)이어야 하므로 x=0.25가 된다. 따라서 가로선의 세로 좌표는 1.25가 된다.

이와 같은 방법으로 터치 면적의 중심이 되는 x 좌표와 y 좌표를 구함으로써, 터치 좌표를 산출할 수 있다.

전극 패드는 매트릭스 형태로 영상 표시 장치 위에 배치되기 때문에, 전극 패드 매트릭스에서의 좌표는 영상 표시 장치의 좌표와 매칭될 수 있다. 따라서, 터치가 발생한 터치 셀 그룹에서 X축과 Y축의 면적 분포의 중심 위치의 좌표를 이용하면, 영상 표시 장치에서 전체 터치 면적의 중심 위치를 산출할 수 있다.

신호 처리부(230)는 이와 같은 방법으로 각각의 셀을 점유하는 터치 면적을 이용하여 터치 위치를 판단할 수 있다. 터치 셀의 값을 2비트로 표시하는 경우에도 하나의 블록에 대해서 총 256개의 위치를 얻을 수 있을 정도이므로 터치 셀의 개수 보다 더 높은 터치 좌표 해상도를 얻을 수 있다.

만약, 디지털화된 면적값이 더 높은 bit로 제공된다면, 터치 좌표의 해상도는 훨씬 더 높아지게 된다. 즉, 디지털화된 면적값이 더 높은 bit로 제공된다면, 미세한 터치 면적 분포의 변화를 감지할 수 있고, 이를 이용하여 미세한 터치 좌표의 변화를 감지할 수 있다.

도 12는 상당히 간단한 예시를 들어 설명한 것이며, 터치 셀 그룹 내에서 더 정확한 면적 분포를 산출하기 위하여 추가의 통계 처리가 더 수행될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 기초하여 터치 좌표와 터치 면적으로 함께 도시한 도면이다.

도 13을 참고하여 정리하자면, 소정 영역에 터치가 발생한 경우 00이 아닌 디지털 면적값을 가지는 터치 셀들의 집합인 터치 셀 그룹에 속하는 터치 셀들의 디지털 면적값들을 더하여 정확한 접촉 면적을 산출하고, 이들 디지털 면적값들의 분포를 적절히 처리하여 접촉의 정확한 중심 위치를 찾아낼 수 있다.

또한, 터치가 발생한 터치 셀의 좌표 정보를 이용하여 터치가 발생한 영역의 형상 정보를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 도 13에서는 2×2의 터치 셀 그룹에 터치가 발생하였으므로, 검출된 면적을 가지는 원형의 터치 영역이 산출될 수 있을 것이다. 그러나, 2×3의 터치 셀 그룹에서 터치가 발생하였다면 세로축이 긴 타원형의 터치 영역이 산출될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 터치 영역의 형상도 사용자 입력의 하나로 이용할 수 있을 것이다.

더불어, 터치 셀 그룹의 터치 셀 내의 터치 면적값까지 고려한다면 더 정밀한 터치 영역의 형상이 산출될 수 있다.

이렇게 구한 터치 면적과 터치 위치는 터치 감지 장치와 관련된 표시 장치를 포함하는 전자 장치, 예를 들면 스마트폰 등을 구동하는 입력 제스추어로 사용될 수 있다.

이에 대하여 도 14 내지 도 19를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 14 내지 도 17은 사용자의 터치 동작을 설명하는 개략도이고, 도 18은 본 발명의 한 실시예에 따른 전자 장치에서 접촉 면적에 따른 동작 수행 시의 흐름도이며, 도 19는 본 발명의 한 실시예에 따른 전자 장치에서 접촉 면적의 변화에 따른 동작 수행 시의 흐름도다.

도 14를 참고하면, 사용자는 터치 패널에 표시된 특정 그래픽 인터페이스를 가볍게 터치하거나(tap) 꽉 눌러서 터치(press)할 수 있다. 즉, 터치 패널과 손가락의 접촉 면적이 임계치보다 작을 수도 있고, 접촉 면적이 임계치보다 넓을 수도 있으며 이에 따라 사용자의 터치 의도가 다를 수 있다. 이 경우, 동일한 그래픽 인터페이스를 터치하는 경우에도 터치 면적이 작을 경우에는 전자 장치가 A라는 동작을 수행하지만, 터치 면적이 큰 경우에는 A가 아니라 B라는 동작을 수행 할 수 있다.

도 15를 참고하면, 사용자는 터치 패널과 접촉한 채로 좌우 또는 상하로 이동(scroll)할 수 있으며, 표시 장치는 도 14의 경우와 다른 동작을 수행할 수 있다. 이때에도 접촉 면적에 따라 다른 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 터치 패널의 면적이 큰 경우에는 이동(scroll)의 속도를 느리게 하거나, 더 강한 힘으로 터치 슬라이딩한 것으로 취급할 수 있다.

도 16에 도시된 실시예서는, 터치 면적이 임계치 이상이면 새로운 동작을 수행하게 할 수 있다. 예를 들어, 문서 또는 그림 위에서 접촉 면적이 특정 면적 이상이고 접촉면이 이동한다면 문서 또는 그림의 일부를 삭제하는 동작을 수행하게 할 수 있다.

도 17을 참고하면, 사용자는 터치 각도의 변화를 이용하여 전자 장치를 구동할 수도 있다.

통상 사용자가 터치 면적을 변화시킬 때는 터치하고 있는 터치중인 손가락의 각도가 변화하게 된다. 대부분의 핸드 헬드형 전자 장치는 전자 장치를 파지한 상태로 터치 구동되기 때문에 이러한 경향은 더욱 강하다.

예를 들어, 터치 면적을 감소 시키기 위해서 손가락 끝을 세우면서 손가락 관절의 각도 변화가 발생한다. 반대로 터치 면적을 증가시키기 위해서는 손가락 끝을 눕히면서 손가락 관절의 각도 변화가 발생한다.

이 경우 터치 좌표의 변화와 면적 변화가 수반된다. 따라서, 터치가 유지된 상태에서 터치 좌표가 위로 이동하며 터치 면적이 감소한 경우에는 손가락을 굽혀 세운 것으로 인식될 수 있다. 반대로, 터치 좌표가 아래로 이동하면서 터치 면적이 증가한다면 손가락이 펴진 것으로 인식하는 것이 가능하다.

이를 이용하여, 사용자가 손가락의 각도를 직관적으로 인식 가능한 다양한 유저 인터페이스(3차원 오브젝트의 시점 변화 등)를 제공 가능하다.

여기서, 터치 좌표와 터치 면적의 변화에 더하여 터치 면적이 증가/감소한 방향 정보를 더 이용하면 더 정확하게 사용자 의도를 파악할 수 있다.

도 14 및 도 15에 도시한 것처럼 접촉 면적에 따라 다른 동작을 수행해야 하는 경우에는 도 18에 도시한 것과 같은 순서에 따라 동작을 수행할 수 있다. 도 18에 나타낸 동작은 접촉 면적을 대, 중, 소의 3 가지로 구분하고 이에 따라 다른 3가지 동작을 수행하는 예이며, 터치 감지 장치 및 표시 장치를 포함하는 전자 장치에서 일어나는 동작을 나타낸 것이다.

먼저, 앞서 설명한 과정에 따라 접촉을 검출하고(S210) 접촉 면적을 연산한 다음(S220), 접촉 면적이 설정값(A1)보다 큰지 판단한다(S230). 접촉 면적이 설정값(A1)보다 큰 경우에는 접촉 면적이 설정값(A2)보다 큰지 판단하고(S230), 그렇지 않은 경우에는 소면적 접촉에 대응하는 명령을 실행한다(S250). 단계 S230에서 접촉 면적이 설정값(A2)보다 큰 경우에는 대면적 접촉에 대응하는 명령을 실행하고(S270), 그렇지 않은 경우에는 중면적 접촉에 대응하는 명령을 실행한다(S260).

이러한 동작 중에서 단계(S210, S220)는 터치 감지 장치에서 수행할 수 있고 나머지 동작은 전자 장치의 다른 부분, 예를 들어 명령 처리부 또는 소프트웨어(도시하지 않음)에서 수행할 수 있다.

도 17및 도 18에 도시한 것처럼 접촉 면적의 변화에 따라 다른 동작을 수행해야 하는 경우에는 도 19에 도시한 것과 같은 순서에 따라 동작을 수행할 수 있다.

먼저, 앞서 설명한 과정에 따라 접촉을 검출하고(S310) 접촉 면적을 연산한 다음(S320), 접촉 면적이 변화하는지 판단한다(S330).

접촉 면적이 변하는 경우에는 접촉이 유지되었는지를 판단하고(S340), 그렇지 않은 경우에는 미리 정해진 다른 동작을 수행한다.

단계 S340에서 접촉 면적이 유지된 경우에는 접촉 면적 변화에 대응하는 명령을 실행하고(S350), 그렇지 않은 경우에는 다른 동작을 수행할 수 있다.

한편, 접촉 면적에 따라 이에 대응하는 가상의 이미지를 접촉 위치에 생성하고 이에 대응하는 동작을 수행하거나 이를 표시 장치에 표시할 수 있으며, 이러한 가상의 이미지가 정지 상태인지 아니면 이동하는지 여부에 따라서도 동작이 달라질 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면 접촉 면적을 정확하게 구하고 이에 따라 다양한 동작을 수행할 수 있다.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 기판, 110: 전극 패드,
120: 신호 배선, 200: 회로 기판,
210: 구동부, 220: 검출부,
222: 증폭기, 224: 아날로그-디지털 변환기,
230: 신호 처리부, 240: 메모리,
250: 터치 셀, 260: 기준 셀

Claims (12)

1. 사용자 입력 감지 장치에 있어서,
   균일한 면적으로 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 전극 패드;
   상기 복수의 전극 패드와 전기적으로 연결된 스위치와 제1 축전기를 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 전극 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 제1 축전기에 인가된 전압신호에 응답하는 전압을 출력하는 구동부;
   상기 출력된 전압과 기준 셀의 전압의 차 전압을 입력받아 터치 검출값을 출력하는 검출부; 및
   상기 터치 검출값을 이용하여 터치 면적을 산출하고, 상기 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 신호 처리부를 포함하고,
   상기 검출부는 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기의 포화 전압은 상기 전극 패드의 면적이 전부 터치 되었을 때의 차 전압보다 크거나 같은 것인 사용자 입력 감지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증폭기는 차동 증폭기인 것인 사용자 입력 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 검출부는 상기 증폭된 차전압을 디지털 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 더 포함하는 사용자 입력 감지 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 증폭기는 상기 포화 전압보다 작은 입력에 대해 실질적으로 선형 증폭을 수행하는 것인 사용자 입력 감지 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 매트릭스상의 전극 패드의 위치와 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 분포에 기초하여 터치 좌표를 산출하는 것인 사용자 입력 감지 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 중심점을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 것인 사용자 입력 감지 장치.
7. 사용자 입력 감지 장치에 이용되는 집적 회로(IC)에 있어서,
   균일한 면적으로 매트릭스 형태로 배치된 복수의 전극 패드에 전기적으로 연결된 스위치와 제1 축전기를 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 전극 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 제1 축전기에 인가된 전압신호에 응답하는 전압 변화를 출력하는 구동부;
   상기 출력된 전압과 기준 셀의 전압의 차 전압을 입력받아 터치 검출값을 출력하는 검출부; 및
   상기 터치 검출값을 이용하여 터치 면적을 산출하고, 상기 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 신호 처리부를 포함하고,
   상기 검출부는 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기의 포화 전압은 상기 전극 패드의 면적이 전부 터치 되었을 때의 차 전압보다 크거나 같은 것인 집적 회로.
8. 제7항에 있어서,
   상기 증폭기는 차동 증폭기인 것인 집적회로.
9. 제7항에 있어서,
   상기 검출부는 상기 증폭된 차전압을 디지털 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 더 포함하는 집적 회로.
10. 제7항에 있어서,
    상기 증폭기는 상기 포화 전압보다 작은 입력에 대해 실질적으로 선형 증폭을 수행하는 것인 집적 회로.
11. 제7항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 매트릭스상의 전극 패드의 위치와 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 분포에 기초하여 터치 좌표를 산출하는 것인 집적 회로.
12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 X축 및 Y축 방향의 터치 면적의 중심점을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 것인 집적 회로.

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